Многим из нас известна основная единица мощности – Ватт (Вт) или чаще используется его производная киловатт (кВт) и вы привыкли, что эта характеристика у электрооборудования указывается именно в них.
Но если взять трансформатор или приборы, в которых он является основным компонентом, например, стабилизаторы напряжения, вы увидите, что мощность там указана в кВА — киловольт-амперах.
Давайте разберемся, что такое кВА, почему именно в этих единицах измерения указывается мощность трансформатора и как она связана с обычными киловаттами.
Я не буду выкладывать здесь определения из учебников и сыпать физическими терминами, объясню коротко, простыми словами, чтобы было понятно любому.
В первую очередь, вы должны знать, что у некоторых электроприборов, работающих от переменного тока, не вся потребляемая мощность тратится на совершение полезной работы
Всего существует четыре основных типа нагрузок, которые могут подключаться в частности к трансформатору:
Резистивная
Ярким примером резистивной нагрузки является ТЭН, который нагревается при протекании через него электрического тока.
ТЭН — это обычное сопротивление, ему не важно в какую сторону протекает по нему ток, правило одно, чем сила тока больше, тем больше тепла вырабатывается – соответственно вся мощность тратится на это.
Мощность, которая тратится на резистивной нагрузке называется – активной, как раз она то и измеряется в кВт – киловаттах.
Индуктивная
Знакомым всем примером индуктивной нагрузки является электродвигатель
Реактивная мощность не тратится на совершение работы напрямую, но она необходима для функционирования оборудования.
Кстати, индуктивные электрические плиты, которые так хотят заполучить многие домохозяйки, также используют реактивную мощность, в отличии от обычных электроплит, в которых нагреваются ТЭНы, те чисто резистивные.
Ёмкостная
Еще один пример реактивной составляющей мощности содержит ёмкостная нагрузка, это, например, конденсатор. Принцип работы конденсатора – накапливание и передача энергии, соответственно часть мощности тратится именно на это и напрямую не расходуется на работу оборудования.
Практическаи вся окружающая вас электроника и бытовая техника содержит конденсаторы.
Смешанная
Здесь всё просто, смешенная нагрузка сочетает в себе все представленные выше, активную и реактивные составляющие, большинство бытовых приборов именно такие.
Полная мощность электрооборудования, состоит как из активной мощности, так и из реактивной, и измеряется в кВА — киловольт-амперах. Именно она чаще всего указана в характеристиках трансформатора.
Производители трансформаторов не могут знать, какого типа нагрузка к ним будет подключена и где они будут задействованы, поэтому и указывают полную мощность, для смешенной нагрузки.
Так, если нагрузка трансформатора — это ТЭН, то полная мощность будет равна активной, соответственно значение в кВт = кВА, если же нагрузка будет смешенная, включающая реактивную составляющую, то мощность нагрузки должна учитываться полная.
Будьте внимательны, нередко, на электрооборудовании, например, на электроинструменте, мощность прописана в киловаттах, но кроме того указан коэффициент мощности k. В этом случае, вы должны знать простую формулу:
S(полная мощность)=P(активная мощность)/k(коэффициент мощности)
Так, например, если мощность перфоратора P = 2,5кВт, а его коэффициент мощности k = 0,9, то полная мощность перфоратора будет равна S=2,5кВт/0,9=2,8 кВА, именно на столько он будет нагружать сеть.
Теперь, я думаю, вам понятно, почему мощность трансформатора измеряют в кВА, а не в кВт — это позволяет учитывать все виды нагрузок, которые могут подключаться к его вторичной обмотке.
Поэтому, обязательно учитывайте полную мощность указываемую в кВА или коэффициент мощности обордования, перед подключением к трансформатору.
Если же у вас еще остались какие-то вопросы – обязательно оставляйте их в комментариях к статье, кроме того, если есть что добавить, нашли неточности или есть, что возразить – также пишите!
Как узнать мощность трансформатора?
Определение мощности силового трансформатора
Для изготовления трансформаторных блоков питания необходим силовой однофазный трансформатор, который понижает переменное напряжение электросети 220 вольт до необходимых 12-30 вольт, которое затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором.
Эти преобразования электрического тока необходимы, поскольку любая электронная аппаратура собрана на транзисторах и микросхемах, которым обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.
Чтобы самостоятельно собрать блок питания, начинающему радиолюбителю требуется найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях можно изготовить силовой трансформатор самостоятельно. Такие рекомендации можно встретить на страницах старых книг по радиоэлектронике.
Но в настоящее время проще найти или купить готовый трансформатор и использовать его для изготовления своего блока питания.
Полный расчёт и самостоятельное изготовление трансформатора для начинающего радиолюбителя довольно сложная задача. Но есть иной путь. Можно использовать бывший в употреблении, но исправный трансформатор. Для питания большинства самодельных конструкций хватит и маломощного блока питания, мощностью 7-15 Ватт.
Если трансформатор приобретается в магазине, то особых проблем с подбором нужного трансформатора, как правило, не возникает. У нового изделия обозначены все его главные параметры, такие как
Но если в ваши руки попал трансформатор, который уже поработал в каком-либо приборе и вы хотите его вторично использовать для конструирования своего блока питания? Как определить мощность трансформатора хотя бы приблизительно? Мощность трансформатора весьма важный параметр, поскольку от него напрямую будет зависеть надёжность собранного вами блока питания или другого устройства. Как известно, потребляемая электронным прибором мощность зависит от потребляемого им тока и напряжения, которое требуется для его нормальной работы. Ориентировочно эту мощность можно определить, умножив потребляемый прибором ток (Iн на напряжение питания прибора ( Uн). Думаю, многие знакомы с этой формулой ещё по школе.
P=Uн * Iн
,где Uн – напряжение в вольтах; Iн – ток в амперах; P – мощность в ваттах.
Рассмотрим определение мощности трансформатора на реальном примере. Тренироваться будем на трансформаторе ТП114-163М. Это трансформатор броневого типа, который собран из штампованных Ш-образных и прямых пластин. Стоит отметить, что трансформаторы такого типа не самые лучшие с точки зрения коэффициента полезного действия (КПД). Но радует то, что такие трансформаторы широко распространены, часто применяются в электронике и их легко найти на прилавках радиомагазинов или же в старой и неисправной радиоаппаратуре. К тому же стоят они дешевле тороидальных (или, по-другому, кольцевых) трансформаторов, которые обладают большим КПД и используются в достаточно мощной радиоаппаратуре.
Итак, перед нами трансформатор ТП114-163М. Попробуем ориентировочно определить его мощность. За основу расчётов примем рекомендации из популярной книги В.Г. Борисова «Юный радиолюбитель».
Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать сечение его магнитопровода. Применительно к трансформатору ТП114-163М, магнитопровод – это набор штампованных Ш-образных и прямых пластин выполненных из электротехнической стали. Так вот, для определения сечения необходимо умножить толщину набора пластин (см. фото) на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины.
При вычислениях нужно соблюдать размерность. Толщину набора и ширину центрального лепестка лучше мерить в сантиметрах. Вычисления также нужно производить в сантиметрах. Итак, толщина набора изучаемого трансформатора составила около 2 сантиметров.
Далее замеряем линейкой ширину центрального лепестка. Это уже задача посложнее. Дело в том, что трансформатор ТП114-163М имеет плотный набор и пластмассовый каркас. Поэтому центральный лепесток Ш-образной пластины практически не видно, он закрыт пластиной, и определить его ширину довольно трудно.
Ширину центрального лепестка можно замерить у боковой, самой первой Ш-образной пластины в зазоре между пластмассовым каркасом. Первая пластина не дополняется прямой пластиной и поэтому виден край центрального лепестка Ш-образной пластины. Ширина его составила около 1,7 сантиметра. Хотя приводимый расчёт и является ориентировочным, но всё же желательно как можно точнее проводить измерения.
Перемножаем толщину набора магнитопровода (
,где S – площадь сечения магнитопровода; Pтр – мощность трансформатора; 1,3 – усреднённый коэффициент.
После нехитрых преобразований получаем упрощённую формулу для расчёта мощности трансформатора по сечению его магнитопровода. Вот она.
Подставим в формулу значение сечения S = 3,4 см2, которое мы получили ранее.
В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора ~ 7 Ватт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звуковой частоты на 3-5 ватт, например, на базе микросхемы усилителя TDA2003.
Вот ещё один из трансформаторов. Маркирован как PDPC24-35. Это один из представителей трансформаторов – «малюток». Трансформатор очень миниатюрный и, естественно, маломощный. Ширина центрального лепестка Ш-образной пластины составляет всего 6 миллиметров (0,6 см.).
Толщина набора пластин всего магнитопровода – 2 сантиметра. По формуле мощность данного мини-трансформатора получается равной около 1 Вт.
Данный трансформатор имеет две вторичные обмотки, максимально допустимый ток которых достаточно мал, и составляет десятки миллиампер. Такой трансформатор можно использовать только лишь для питания схем с малым потреблением тока.
Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать:
понятие, в чем указывается и измеряется, шкала
Для установки трансформатора необходимо рассчитывать его номинальную мощность. Выбор агрегата по данному показателю зависит от планируемых режимов работы, уровня нагрузки, условий и типа охлаждения прибора. При расчетах учитываются особенности измерения мощности трансформатора распределение нагрузки на составные части цепи при аварийной и стандартной работе прибора.
Понятие номинальной мощности трансформатора
Номинальная мощность трансформатора – это полная мощность, на которую рассчитан прибор его изготовителем. То есть, напряжение, которое в течение всего срока эксплуатации трансформатор выдерживает без перерыва.
Заводы дают гарантию службы от 20 до 25 лет.
Данный показатель всегда связан с температурным режимом работы: насколько допускается нагрев обмоток и при каких условиях охлаждается агрегат. При разных мощностях обмоток трансформатора номинальной считают наибольшую. В основном, в трансформаторах установлено масляное охлаждение, которое напрямую зависит от температуры окружающей среды.
Поскольку погодные условия постоянно изменяются, наибольший нагрев обмоток при максимальной теплоте воздуха считается верхним пределом среднего показателя сопротивления температуры, возможной для соблюдения безопасности.
У приборов с другим типом охлаждения в паспорте от производителя прописываются номинальные температурные условия.
Помимо номинальной, есть типовая мощность трансформатора, которая считается, как сумма величин нагрузки на все обмотки, поделенная на два. А максимальная нагрузка на обмотки рассчитывается, как произведение наибольшей величины тока на максимально разрешенное напряжение данной части цепи.
В чем измеряется и указывается
Номинальную мощность трансформаторов измеряют в кВА (киловольт-амперах), а не в кВТ (киловаттах). Эти два показателя отличаются друг от друга и не тождественны. Первый – это полная (номинальная) мощность, второй – активная. Номинальная потребляется в работу не в полном объеме, поскольку часть ее распространяется на электромагнитные поля цепи, и только оставшаяся часть – это активная мощность – действует по назначению.
Нагрузка на трансформатор обуславливается потребляемым током, а не энергией, которая используется фактически. То есть, полная мощность представляет собой все напряжение, налагаемое во время работы прибора на все составляющие электрической цепочки. Поэтому данную номинальную величину указывают в единицах вольт-ампер.
В работе электроприборов также учитывают коэффициент, который выражается в отношении активной к номинальной (cos фи). Данный коэффициент отражает величину сдвижения переменного тока по фазе относительно нагрузки, приложенной к ней.
Шкала стандартных мощностей силовых трансформаторов
На территории России используется единая шкала стандартных мощностей. Она разделяется на два шага: 1,35 и 1,6, каждый включает ряд величин, представленных в таблице ниже.
| Шаг 1,35. В кВА | Шаг 1,6. В кВА |
| 100 | 100 |
| 135 | 160 |
| 180 | 250 |
| 240 | 400 |
| 320 | 630 |
| 420 | 1000 |
| 560 | 1600 |
В настоящее время заводы выпускают трансформаторные подстанции (ТП), применяя мощности шага 1,6. Шкала шага 1,35 уже не используется на производствах, но старые установки, выпущенные в советское время, проектировались именно по этой шкале. При этом, исследования определили старые приборы как более выгодные, поскольку они могут работать в полную силу, в отличие от современных агрегатов.
При выборе разных видов приборов, учитывается, что они должны быть максимально близкими по наибольшему показателю нагрузки в обычном режиме и предельному напряжению в аварийном.
При выборе трансформаторов для промышленных производств важно учитывать их количество для рационального распределения электроэнергии и их типовые мощности при определенной номинальной нагрузке.
Пример выбора трансформатора
Выбрать трансформатор можно исходя из их конструктивного исполнения, ориентируясь на необходимые характеристики, или по номинальной нагрузке.
Выбор по конструктивному исполнению
Силовые трансформаторы бывают нескольких видов:
- масляные – устанавливаются внутри или снаружи зданий, где нет опасности возгорания или взрыва веществ;
- сухие – находятся в пожароопасных помещениях;
- с негорючим жидким диэлектриком – устанавливаются внутри строений, отличающихся высокой взрыво- и пожароопасностью.
Масляные лучше остальных отводят тепло от сердечника и обмоток, составные части хорошо защищены от внешних воздействий. Также, данные трансформаторы меньше других по стоимости. К недостаткам относится необходимость установки в специальных помещениях или снаружи строений, из-за высокой вероятности возгорания или взрыва при поврежденной защите активных частей.
Сухие трансформаторы устанавливают в тех помещениях, где высокая вероятность возгорания и большое электрическое напряжение. Такие установки обладают повышенными огнеупорными свойствами благодаря жаропрочным изоляционным материалам. Но условия охлаждения уступают масляным, из-за чего плотность тока в обмотках меньше.
Агрегаты с негорючим диэлектриком обладают схожими огнеупорными свойствами с сухими, не наносят вред окружающей среде, за счет характеристик охлаждающей жидкостей и считаются более долговечными.
Выбор по мощности
Агрегаты для главных понизительных подстанций (ГПП) и цеховых трансформаторных подстанций выбирают по среднему напряжению за максимально загруженный период работы с контролем удельного расхода электроэнергии.
Фактор, которым характеризуется необходимая полная мощность трансформатора – это допустимое значение относительной аварийной нагрузки. Этот показатель регламентируется ГОСТом и определяется, как возможный тепловой износ изоляции агрегата за аварийный период с учетом температуры охлаждения, типа прибора и графика режима аварийной работы.
При определении необходимой номинальной нагрузки трансформатора используют два подхода, зависящие от наличия исходных данных:
- По заранее определенному суточному плану нагрузки производства за типичные сутки года в режиме аварийной и стандартной работы.
- По расчетной нагрузке в этих же режимах. По Государственному стандарту, цеховые ТП имеют мощности, указанные в таблице выше.
Вообще способов определения мощности 50Гц трансформатора есть довольно много, я перечислю лишь некоторые из них.
1. Маркировка.
Иногда на трансформаторе можно найти явное указание мощности, но при этом данное указание может быть незаметно с первого взгляда.
Вариант конечно ну очень банальный, но следует сначала поискать.
2. Габаритная мощность сердечника.
Есть таблицы, по которым можно найти габаритную мощность определенных сердечников, но так как сердечники выпускались весьма разнообразных конфигураций размеров, а кроме того отличались по качеству изготовления, то таблица не всегда может быть корректна.
Да и найти их не всегда можно быстро. Впрочем косвенно можно использовать таблицы из описаний унифицированных трансформаторов.
3. Унифицированные трансформаторы.
Еще при союзе, да и впрочем после него, было произведено огромное количество унифицированных трансформаторов, их вы можете распознать по маркировке начинающейся на ТПП, ТН, ТА.
Если ТА распространены меньше, то ТПП и ТН встречаются весьма часто.
Например берем трансформатор ТПП270.
Находим описание маркировки данной серии и в описании находим наш трансформатор, там будет и напряжения, и токи и мощность.
В раздел документация я выложил это описание в виде PDF файла. Кстати там же можно посмотреть размеры сердечников трансформаторов и определить мощность по его габаритам, сравнив со своим. Если ваш трансформатор имеет немного больший размер, то вполне можно пересчитать, так как мощность трансформатора прямо пропорциональна его размеру.
На трансформаторе ТН61 маркировка почти не видна, но она есть 🙂
Для него есть отдельное описание, я его также выложил у себя в блоге.
Иногда трансформатор имеет маркировку, но найти по ней что либо вразумительное невозможно, увы, таблицы для таких трансформаторов большая редкость.
4. Расчет мощности по диаметру провода.
Если никаких данных нет, то можно определить мощность исходя из диаметра проводов обмоток.
Можно измерить первичную обмотку, но иногда она бывает недоступна.
В таком случае измеряем диаметр провода вторичной обмотки.
В примере диаметр составляет 1.5мм.
Дальше все просто, сначала узнаем сечение провода.
1.5 делим на 2, получаем 0.75, это радиус.
0.75 умножаем на 0.75, а получившийся результат умножаем на 3.14 (число пи), получаем сечение провода = 1.76мм.кв
Значение плотности тока принято принимать равным 2.5 Ампера на 1мм.кв. В нашем случае 1.76 умножаем на 2.5 и получаем 4.4 Ампера.
Так как трансформатор рассчитан на выходное напряжение 12 Вольт, это мы знаем, а если не знаем, то можем измерить тестером, то 4.4 умножаем на 12, получаем 52.8 Ватта.
На бумажке указана мощность 60 Ватт, но сейчас часто мотают трансформаторы с заниженным сечением обмоток, потому по ольшому счету все сходится.
Иногда на трансформаторе бывает написано не только количество витков обмоток, а и диаметр провода. но к этому стоит относиться скептически, так как наклейки могут ошибаться.
В этом примере я сначала нашел доступный для измерения участок провода, немного поднял его так, чтобы можно было подлезть штангенциркулем.
А когда измерил, то выяснил что диаметр провода не 0.355, а 0.25мм.
Попробуем применить вариант расчета, который я приводил выше.
0.25/2=0.125
0.125х0.125х3.14=0.05мм.кв
0.05=2.5=0.122 Ампера
0.122х220 (напряжение обмотки) = 26.84 Ватта.
Кроме того вышеописанный способ отлично подходит в случаях, когда вторичных обмоток несколько и измерять каждую просто неудобно.
5. Метод обратного расчета.
В некоторых ситуациях можно использовать программу для расчета трансформаторов. В этих программах есть довольно большая база сердечников, а кроме того они могут считать произвольные конфигурации размеров исходя из того, что мы можем измерить.
Я использую программу Trans50Hz.
Сначала выбираем тип сердечника. в основном это варианты кольцевой, Ш-образный ленточный и Ш-образный из пластин.
Слева направо — Кольцевой, ШЛ, Ш.
В моем примере я буду измерять вариант ШЛ, но таким же способом можно выяснить мощность и других типов трансформаторов.
Шаг 1, измеряем ширину боковой части магнитопровода.
Заносим измеренное значение в программу.
Шаг 2, ширина магнитопровода.
Также заносим в программу.
Шаг 3, ширина окна.
Здесь есть два варианта. Если есть доступ к окну, то просто измеряем его.
Если доступа нет, то измеряем общий размер, затем вычитаем четырехкратное значение, полученное в шаге 1, а остаток делим на 2.
Пример — общая ширина 80мм, в шаге 1 было 10мм, значит из 80 вычитаем 40. Осталось еще 40, делим на 2 и получаем 20, это и есть ширина окна.
Вводим значение.
Шаг 4, длина окна.
По сути это длина каркаса под провод, часто его можно измерить без проблем.
Также вводим это значение.
После этого нажимаем на кнопку — Расчет.
И получаем сообщение об ошибке. 
Дело в том, что в программе изначально были заданы значения для расчета мощного трансформатора.
Находим выделенный пункт и меняем его значение на такое, чтобы мощность (напряжение умноженное на ток) не превысило нашу ориентировочную габаритную мощность.
Можно туда вбить хоть 1 Вольт и 1 Ампер, это неважно, я выставил 5 Вольт.
Заново нажимаем на кнопку Расчет и получаем искомое, в данном случае программа посчитала, что мощность нашего магнитопровода составляет 27.88 Ватта..
Полученные данные примерно сходятся с расчетом по диаметру провода, тогда я получил 26.84 Ватта, значит метод вполне работает.
5. Измерение максимальной температуры.
Обычные (железные) трансформаторы в работе не должны нагреваться выше 60 градусов, это можно использовать и в расчете мощности.
Но здесь есть исключения, например трансформатор блока бесперебойного питания может иметь большую мощность при скромных габаритах, это обусловлено тем, что работает он кратковременно и он раньше отключится, чем перегреется. Например в таком варианте его мощность может быть 600 Ватт, а при длительной работе всего 400.
Еще есть китайские производители, которые бывает используют в дешевых адаптерах трансформаторы "маломерки", которые греются как печки, это ненормально, часто реальная мощность трансформатора может быть в 1.2-1.5 раза меньше заявленной.
Чтобы измерить мощность вышеуказанным способом, берем любую нагрузку, лампочки, резисторы и т.п. Как вариант, можно использовать электронную нагрузку, но в этом случае подключаем ее через диодный мост с фильтрующим конденсатором.
Ждем примерно с час, если температура не превысила 60, то увеличиваем нагрузку. Дальше думаю процедура понятна.
Есть правда небольшая оговорка, температура трансформатора может заметно отличаться в зависимости от того, есть ли корпус и насколько он большой, но зато дает весьма точный результат. Единственный минус, тест очень долгий.
Подобные трансформаторы я использую в последние 10-15 лет крайне редко, потому они лежат где нибудь на дальних полках балкона и когда искал, наткнулся на весьма любопытные индикаторы, ИН-13. Покупал для индикатора уровня в усилитель, но так и забросил в итоге. Теперь вот нашел и думаю, что из них можно сделать, возможно у вас есть идеи и предложения. В случае интересной идеи, попробую сделать и показать процесс в виде обзора.
На этом все, а в качестве дополнения видео по определению габаритной мощности трансформатора.
что это, из каких частей состоит, методика расчета
Понятие полной мощности используется в электротехники для определения фактической нагрузки на элементы сети. Величина полной мощности силового трансформатора является основой для проектирования его конструкции.
Полная мощность превосходит по абсолютной величине активную и зависит от характеристик нагрузки.
Понятие мощности трансформатора
Трансформатор переменного тока не производит электрическую энергию, а лишь преобразовывает ее по величине. Поэтому его мощность полностью зависит от ее величины нагрузки (тока потребления) вторичной цепи. При наличии нескольких потребителей должна учитываться суммарная нагрузка, которая может быть подключена одновременно. Для цепей переменного тока учитывается активный и реактивный характер потребления.
Активная
Данная составляющая часть характеристики определяется как среднее значение мгновенной за определенный период времени. Для цепей синусоидального переменного тока в качестве отрезка времени используется значение периода колебания:
T=1/f,
где f – частота.
Активная часть зависит от характера нагрузки, то есть от сдвига фаз между током и напряжением и определяется по формуле:
P=i∙U∙cosϕ,
где ϕ – угол сдвига фаз.
Активная составляющая устройств переменного тока выражается в Ваттах, как и для цепей постоянного тока.
Реактивная
Реактивная нагрузка отличается от активной тем, что в течение одного периода колебаний напряжения электрическая энергия реально не потребляется, но возвращается назад. В результате того, что к питающему устройству подключены устройства с большой емкостью или индуктивностью (электродвигатели), между током и напряжением возникает сдвиг фаз.
Реактивная составляющая потребления определяется выражением:
Q= i∙U∙sinϕ
Единица измерения – вар (вольт-ампер реактивный).
Полная
Полная мощность трансформатора учитывает всю потребленную и возвращенную энергию и находится из выражения:
S= i∙U
Все составляющие связаны соотношением:
S2=P2+Q2.
Единица измерения – ВА (вольт-ампер).
Полная мощность равняется активной только в случае полностью активной нагрузки.
Номинальная
Номинальная мощность трансформатора учитывает возможность работы конструкции с учетом подключения потребителей разного характера, то есть аналогична полной. При этом гарантируется исправная работа устройства весь заявленный срок службы при оговоренных условиях эксплуатации.
Номинальная мощность, как и полная, учитывает активный и реактивный характер потребления, которое может изменяться во время эксплуатации.
Выражается в вольт-амперах.
Методика расчета мощностей трансформатора
При расчете силового трансформатора питающей подстанции учитывается среднесуточная нагрузка и длительность периода максимальной потребления. При этом должно учитываться соотношение:
Sном≥∑Pмакс
Режим пикового потребления также должен учитывать время воздействия, поскольку при кратковременных всплесках (до 1 часа), устройство будет работать в недогруженном режиме, что экономически не выгодно.
В таких случаях нужно брать в расчет перегрузочную способность конструкции, которая зависит от конструктивных особенностей, температуры окружающего воздуха и условий охлаждения. Это диктуется условиями допустимого нагрева составляющих элементов (обмоток, коммутирующих цепей).
Понятие коэффициента загрузки определяет отношение среднесуточного и максимального потребления электрической энергии. Коэффициент загрузки всегда меньше единицы. Его величина связана с требованиями к надежности электроснабжения. Чем меньше требуемая надежность, тем больше коэффициент может приближаться к единице.
Примеры реальных расчетов
В качестве примера можно выбрать питающую подстанцию жилого района. Нагрузка подстанции является III категории, поэтому коэффициент загрузки допустимо выбирать из большего значения – 0.9-0.95.
Характер потребления тока бытового сектора зависит от времени суток и сезона, но с учетом высокого коэффициента загрузки допустимо учитывать среднее значение потребляемой мощности. Для повышения надежности работы в период максимального потребления рекомендуется использование маслонаполненных трансформаторов, которые отличаются большой перегрузочной способностью в течение длительного периода времени (30% перегрузки в течение 2-х часов).
Эскиз конструкции трансформатора
Конструкция мощного силового трансформатора состоит из нескольких частей:
- Остов.
- Выемная часть.
В состав выемной части входит, собственно сердечник и обмотки с активной частью, которая включает переключатели с приводами, вводы высокого и низкого напряжений, предохранительные устройства.
Остов – основная составляющая конструкции активной части. В состав остова входит магнитная система (сердечник) со всеми обмотками, а также конструктивные элементы для крепления и соединения обмоток и частей магнитной системы.
Правильный выбор мощности
Электрическая сеть в своём начале имеет всего лишь несколько генераторов. Они установлены на электростанции, которая проектируется как одно целое. На много лет вперёд в ней всё остаётся без изменений вплоть до завершения сроков службы турбин, генераторов и трансформаторов. Но в электросети, питаемой этой электростанцией, как говорится «всё течёт, всё изменяется». Предприятия имеют тенденции к развитию и росту на основе получаемой электрической энергии. Её источником является заводская трансформаторная подстанция и трансформаторы, которые на ней установлены.
Поэтому на этапе проектирования важно правильно выбрать каждый трансформатор в основном по мощности с учётом местных условий его эксплуатации. На них будут оказывать влияние
- занимаемое предприятием место в схеме электроснабжения,
- оборудование, работающее на предприятии,
- ход процесса его развития.
Мощность трансформатора должна обеспечить внутренние потребности предприятия на весь период его эксплуатации, который составляет не один десяток лет. Если на этапе проектирования выбран менее мощный трансформатор, так же как и излишне мощный это лишние расходы которые всегда весьма нежелательны.
Замена трансформатора на новую более мощную модель это весьма дорогостоящая процедура. А поскольку на подстанции для надёжности всегда работают, как минимум два одинаковых трансформатора расходы удвоятся. Но и неиспользуемая мощность трансформатора это также «деньги на ветер». Сеть электроснабжения разветвляется на шести уровнях с использованием на каждом из них трансформаторов обычно на 6 и 10 кВ на главных понижающих подстанциях, сокращённо «ГПП». Самые мощные из них относятся к пятому уровню.
Мощность трансформаторов измеряется в мегавольт – Амперах (МВ*А) и, как правило, соответствует одному из значений ряда
Высокая сторона напряжения трансформатора ГПП обычно равна одному из значений ряда
Подавляющее большинство видов электрооборудования работающих на предприятиях подключены к электросети предприятия с напряжением 220, 380, 500 или 600 В от цеховых трансформаторных подстанций с напряжениями 3, 6, 10 или 20 кВ на высокой стороне.
В этих подстанциях используются трансформаторы со стандартными значениями мощности:
Номинал 2500 кВА мощности трансформатора в цеховых подстанциях распространён не так широко как другие номиналы мощностей. При авариях связанных с короткими замыканиями в электрических цепях вторичной обмотки величина тока получается слишком большой и требует дорогостоящих коммутаторов. По этой причине цеховые подстанции с трансформаторами 2500 кВА это специальные проекты.
Но не всегда трансформатор является пограничным устройством, объединяющим высоковольтную и низковольтную электросети которое своей мощностью определяет работу потребителей на низкой стороне напряжения. Среди потребителей электроэнергии есть и трансформаторы. Они являются частью электропечей, выпрямителей преобразователей, сварочного оборудования. Мощность этих трансформаторов выбирается исходя из специфики выполняемых ими функций.
При выборе мощности трансформатора, а также схемы, соответственно которой он присоединён в связи с особенностями питающих линий электропередачи, имеет значение схема ближайшей энергетической системы района и характеристики её источников питания. Поэтому для трансформаторных подстанций 3-го уровня с мощностями от 100 до 2500 кВА на этапе проектирования существенное значение имеют такие параметры как:
- напряжение ЛЭП, насколько она протяжённа, сколько в ней проводов и какого они сечения,
- используются ли компенсаторы реактивной мощности,
- какие значения номинальных напряжений будут на подстанции и у скольких трансформаторов.
Чтобы мощность трансформатора получилась оптимальной для электропитания потребителей лучше всего основываться на распределении нагрузок в течение суток. Если таковых данных или графиков нет, путём суммирования активных нагрузок — потребителей вычисляется максимальная величина активной нагрузки.
Особенности конструкции и потери
Наиболее эффективным решением по суммарным издержкам является выбор такой мощности трансформатора, когда он в часы «пик» перегружен, но его номинальная мощность несколько меньше продолжительной максимальной нагрузки.
При этом необходимо учитывать теплообмен его с окружающей средой, который зависит от её температуры и конструкции трансформатора. Технические решения с погружением магнитопровода с обмотками в масло способны лучше переносить перегрузки, чем трансформаторы с воздушным охлаждением. Нагрев и потери мощности происходят в результате больших токов в обмотках и нагрева магнитопровода. Нагрев от большой силы тока имеет две составляющие:
- постоянную, которая определяется активным сопротивление провода обмотки;
- переменную, которая увеличивается из-за вытеснения тока по мере возрастания его силы к наружной части провода.
Ток вторичной обмотки трансформатора в номинальном режиме достигает нескольких тысяч ампер. Например, при мощности 2500 кВА во вторичной обмотке с фазным напряжением 400 В номинальный ток будет более 2000 Ампер в каждой фазе. При таком токе сопротивление обмотки даже в доли Ома приводит к нагреву. Другим источником потерь являются вихревые токи в магнитопроводе. Несмотря на применение сборки его из тонких стальных пластин трансформаторной стали потери существенно уменьшаются, но полностью не устраняются.
Индуктивность рассеяния ещё один важный параметр конструкции обмоток и магнитопровода. Она, по сути, является дросселем, который соединён последовательно с обмоткой и приводит к падению напряжения на выводах обмотки и нагрузке. Поскольку на этот вредный параметр можно повлиять только конструкцией магнитопровода и обмоток, а вариантов для них совсем немного, индуктивность рассеяния всегда значительна во всех трёхфазных трансформаторах. Причина заключается в их Ш – образных магнитопроводах. Минимальная индуктивность рассеяния у магнитопровода в форме тора, в котором обмотка равномерно распределена по нему. Однако сложность формирования обмоток определила магнитопроводу в форме тора место только среди маломощных трансформаторов.
Мощность трансформатора определяет его конструкцию. Она получается довольно таки сложной несмотря на то, что в трансформаторе всего лишь несколько обмоток на одном общем для них магнитопроводе. Его конструкция определяется теми процессами, которые происходят как при нормальной работе, так и при аварийных режимах.
Но более детальное рассмотрение этого потребует отдельной большой статьи, а возможно и книги.
Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индукционно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока, в том числе для преобразования электрической энергии переменного тока одного напряжения в электрическую энергию другого напряжения.
Рис. 1. Схема работы однофазного трансформатора при холостом ходе
Работа трансформатора основана на явлении электромагнитной индукции, заключающемся в том, что при изменении во времени магнитного поля, пронизывающего проводящий контур, в последнем наводится (индуцируется) электродвижущая сила (эдс).
Если к концам одной из обмоток однофазного трансформатора (рис. 1), в данном случае АХ обмотки 1У подведено переменное напряжение U1, то по ней протекает ток /х холостого хода, его также называют намагничивающим, он создает магнитное поле, изменяющееся с той же частотой, что и напряжение. При этом вследствие высокой магнитной проницаемости стали большая часть магнитного поля, которая называется основным магнитным нолем ф трансформатора, замыкается через контур магнитной системы, другая часть магнитного поля, называемого полем рассеяния Фр замыкается через воздух, она не связана магнитно с обмоткой 2 и поэтому в трансформировании напряжения (энергии) не участвует. Согласно закону электромагнитной индукции изменяющееся основное магнитное поле Ф, пронизывающее обе обмотки, наводит в них эдс E1 и Е2. Напряжение U2l измеренное вольтметром и подведенное напряжение Uu практически можно считать равными эдс Е2 и Е1 соответственно. Если к концам ах обмотки подсоединить какую-либо электрическую нагрузку, то в ее цепи возникает ток, который одновременно вызовет увеличение тока в обмотке 1.
Таким образом, в рассматриваемом электромагнитном устройстве— трансформаторе происходит трансформация электрической энергии, подведенной к обмотке /, в электромагнитную и далее в электрическую, используемую в цепи нагрузки, подключенной в обмотке 2.
Трансформатор, в магнитной системе 3 которого создается однофазное магнитное поле, называется однофазным, если же создается трехфазное поле, то — трехфазным.
Обмотка, к которой подводится энергия (напряжение) преобразуемого переменного тока, называются первичной; обмотка трансформатора, от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется вторичной.
Под обмоткой трансформатора подразумевают совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются электродвижущие силы, наведенные в витках, с целью получения заданного напряжения.
Обмотка трансформатора, к которой подводится электроэнергия преобразуемого или от которой отводится энергия преобразованного переменного тока, называется основной. Силовой трансформатор имеет не менее двух основных обмоток.
Основная обмотка трансформатора, имеющая наибольшее номинальное напряжение, называется обмоткой высшего напряжения (ВН), наименьшее — обмоткой низшего напряжения (НН), а промежуточное между ними — обмоткой среднего напряжения (СН).
Трансформатор с двумя гальванически не связанными обмотками (ВН и НН) называется двухобмоточным, с тремя (ВН, СН и НН) — трехобмоточным. Одна из этих обмоток является первичной, две другие — вторичными. Если у трансформатора первичной является обмотка НН, его называют повышающим, если ВН — понижающим.
Значения вторичной эдс Е2 и соответственно напряжения U2 зависят от числа витков вторичной обмотки. Увеличение числа витков вторичной обмотки приводит к увеличению вторичных эдс и напряжения и наоборот.
Другим расчетным показателем трансформатора является коэффициент трансформации ky равный отношению напряжения на зажимах обмотки высшего напряжения к напряжению на зажимах обмотки низшего напряжения в режиме холостого хода (ненагруженного) трансформатора.
Двухобмоточный трансформатор имеет один коэффициент трансформации, равный отношению высшего напряжения к низшему, трехобмоточный трансформатор — три коэффициента трансформации, равные отношению высшего напряжения к низшему, высшего напряжения к среднему и среднего к низшему.
Для двух обмоток силового трансформатора, расположенных на одном стержне магнитной системы, коэффициент трансформации принимается равным отношению чисел их витков. Поэтому если, например, первичная обмотка с числом витков W\ является обмоткой высшего напряжения, а вторичная с числом витков w2— низшего напряжения, то k=U\fU2=Wi/w2y откуда U\ = kU2, W\ = kw2.
Таким образом, зная коэффициент трансформации и напряжение вторичной обмотки трансформатора, легко определить напряжение первичной обмотки и наоборот. Это относится также к значениям токов и к числам витков.
Для улучшения электрической изоляции токопроводящих частей и условий охлаждения трансформатора обмотки вместе с магнитной системой погружают в бак с трансформаторным маслом. Такие трансформаторы называют маслонаполненным и или масляными.
Некоторые трансформаторы специального назначения вместо масла наполняют негорючей синтетической жидкостью — совтолом. Трансформаторы, у которых основной изолирующей средой служит воздух, газ или твердый диэлектрик, а охлаждающей средой — атмосферный воздух, называют сухими.
Каждый трансформатор характеризуется номинальными данными, основные указывают в прикрепляемой к нему табличке. К ним относятся: мощность, напряжение, ток, частота и др.
Номинальная мощность трансформатора — это мощность, на которую он рассчитан.
Номинальная мощность 5 трансформаторов выражается полной электрической мощностью в киловольт-амперах (кВ-А) или мегавольтамперах (MB-А).
Номинальное первичное напряжение — это напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора; номинальное вторичное напряжение— напряжение на зажимах вторичной обмотки, получающееся при холостом ходе трансформатора и номинальном напряжении на зажимах первичной обмотки. Номинальные токи определяются соответствующими номинальными значениями мощности и напряжения.
Высшее номинальное напряжение трансформатора — это наибольшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.
Низшее номинальное напряжение — наименьшее из номинальных напряжений обмоток трансформатора.
Среднее номинальное напряжение — номинальное напряжение, являющееся промежуточным между высшим и низшим номинальным напряжением обмоток трансформатора.
Режим, при котором одна из обмоток трансформатора замкнута накоротко, а вторая находится под напряжением, называется коротким замыканием (к. з.). Если короткое замыкание происходит в процессе эксплуатации трансформатора при номинальных напряжениях, в обмотках возникают токи короткого замыкания, в 5—20 раз (и более) превышающие номинальные. При этом резко повышается температура обмоток и в них возникают большие механические усилия. Такое замыкание является аварийным и для предотвращения повреждения трансформатора применяется специальная защита, которая должна отключить его в течение долей секунды.
Если в порядке опыта замкнуть накоротко одну из обмоток трансформатора (рис. 2), в данном случае обмотку НН с числом витков W29 а к другой с числом витков w\ подвести пониженное напряжение и постепенно его повышать, то при определенном значении напряжения С/кз, называемом напряжением короткого замыкания, в обмотках будут проходить токи, соответственно равные номинальным значениям первичной и вторичной обмоток.
Равенство напряжений короткого замыкания параллельно включенных трансформаторов — одно из условий их нормальной работы. Напряжение икз указывают в табличке каждого трансформатора. Оно определено стандартами и зависит от типа и мощности трансформатора: для силовых трансформаторов малой и средней мощности оно составляет 5—7%, для мощных трансформаторов — 6—17% и более.
Рис. 2. Схема и поля рассеяния однофазного трансформатора в режиме короткого замыкания: а — условного, б — реального
При опыте короткого замыкания в магнитной системе создается незначительное магнитное поле Фк, обусловленное малым намагничивающим током вследствие небольшого подведенного напряжения ик.3. Проходящие по первичной и вторичной обмоткам номинальные токи создают встречнонаправленные мдс, соответственно им поля рассеяния и Фp1 и Фр2, вынуждены замыкаться через воздух и металлические детали трансформатора (см. рис. 2, а). Поля рассеяния в реальном трансформаторе, в котором первичная и вторичная обмотки размещены на одном стержне магнитной системы, изображены на рис. 2 б.
Результирующее поле рассеяния Фр создает в обмотках индуктивное сопротивление, которое при аварийном коротком замыкании ограничивает ток в обмотках, предохраняя их от чрезмерного нагрева и разрушения. Чем больше иш, тем меньше опасность разрушения обмоток при аварийных коротких замыканиях. Однако напряжение короткого замыкания иш при расчете трансформатора ограничивают до определенного значения, в противном случае, поля рассеяния, создавая значительное индуктивное сопротивление, вызовут недопустимо большое реактивное падение напряжения в обмотках, в результате чего снизятся вторичное напряжение и соответственно мощность, получаемая потребителем. Напряжение короткого замыкания определяется для каждой пары обмоток: в двухобмоточном трансформаторе — для обмоток ВН — НН; в трехобмоточном трансформаторе — для обмоток ВН—НН; ВН — СН и СН — НН.
Потери трансформатора — это активная мощность, расходуемая в магнитной системе, обмотках и других частях трансформатора при различных режимах работы.
Потери холостого хода Рхх — это потребляемая трансформатором активная мощность в режиме холостого хода при номинальном напряжении и номинальной частоте первичной обмотки.
При холостом ходе трансформатор не передает электрическую энергию, так как вторичная обмотка разомкнута. Потребляемая им активная мощность тратится на нагревание стали магнитной системы от перемагничивания и вихревыми токами, а также частично первичной обмотки. Эти суммарные потери называют потерями холостого хода трансформатора. Ввиду малого тока холостого хода потери в активном сопротивлении обмотки при этом незначительны (0,3—0,5% номинальной мощности трансформатора), поэтому ими пренебрегают и считают, что мощность расходуется только на потери в стали магнитной системы. Абсолютное значение потерь холостого хода трансформатора незначительно. Однако их стремятся максимально снизить, так как суммарные годовые потери холостого хода трансформатора сравнительно велики.
Потери короткого замыкания Рш — это потребляемая трансформатором активная мощность при опыте к. з., обусловленная потерями в активном сопротивлении первичной и вторичной обмоток и токоведущих частях трансформатора при прохождении номинального тока и добавочными потерями, вызванными полями рассеяния.
Напряжение Uкз, подводимое к трансформатору при опыте короткого замыкания, в зависимости от его конструкции и назначения в 5—20 раз меньше номинального, поэтому магнитное поле в магнитной системе незначительное, соответственно незначительны и потери в активной стали на перемагничивание. Ими пренебрегают, считая, что потребляемая мощность при коротком замыкании расходуется только на потери в активном сопротивлении обмоток и на добавочные потери, вызванные полями рассеяния. Поля рассеяния наводят в обмотках и других токоведущих частях трансформатора (отводы, вводы и др.) вихревые токи, а в стальных конструкциях (стенки бака, ярмовые балки, детали прессовки и др.) кроме вихревых токов создают гистерезисные потери (потери от перемагничивания). Добавочные потери от полей рассеяния вызывают перегревы отдельных частей трансформатора и снижают его коэффициент полезного действия (кпд). Поэтому при расчетах и конструировании трансформаторов поля рассеяния стараются уменьшить до оптимального значения, для этого первичную и вторичную обмотки размещают концентрически она одном стержне магнитной системы, максимально возможно уменьшая канал между ними (рис. 3). Чем ближе обмотки друг к другу, тем меньше поле рассеяния, а следовательно, добавочные потери от вихревых токов и перемагничивания.
Рис. 3. Размещение обмоток ВН и НН на стержне магнитной системы
При опыте короткого замыкания токи и потери мощности такие же, как и при полной нагрузке трансформатора, поэтому их часто называют нагрузочными потерями. Потери холостого хода и короткого замыкания нормируются стандартом.
Суммарные потери трансформатора при номинальной нагрузке составляют потери холостого хода и короткого замыкания. Зная эти потери и мощность, выдаваемую трансформатором в сеть, можно определить его кпд в процентах. Трансформаторы имеют сравнительно высокий кпд (98,5—99,3%).
Трансформатор — это электрическое устройство, которое используется для передачи энергии от одной цепи к другой посредством электромагнитной индукции. Передача мощности сопровождается изменением частоты. В электронной системе термин «силовой трансформатор» используется для обозначения ряда источников переменного тока с несколькими напряжениями и соответствующими значениями тока из общего электроснабжения. А также используется для обозначения трансформаторов с номинальной мощностью 500 кВА или выше.
Силовой трансформаторСиловые трансформаторы
Силовой трансформатор — это один из видов трансформаторов, который используется для передачи электрической энергии в любой части электрической или электронной цепи между генератором и первичными цепями распределения. Эти трансформаторы используются в распределительных системах для сопряжения повышающих и понижающих напряжений. Обычный тип силовых трансформаторов погружен в жидкость, и срок службы этих трансформаторов составляет около 30 лет. Силовые трансформаторы можно классифицировать на три типа в зависимости от диапазонов.Это небольшие силовые трансформаторы, средние силовые трансформаторы и большие силовые трансформаторы.
Силовые трансформаторы- Диапазон малых силовых трансформаторов может быть от 500-7500 кВА
- Диапазон средних мощных трансформаторов может быть от -100MVA
- Диапазон больших силовых трансформаторов может быть от 100 МВА и более
Средний срок службы трансформатора составляет около 30 лет.
Эти трансформаторы преобразуют напряжение. Он содержит цепь низкого напряжения и высокого тока на одной стороне трансформатора, а на другой стороне трансформатора — цепь низкого напряжения высокого напряжения.Силовой трансформатор зависит от принципа индукции Фарадея. Они описывают энергосистему в зонах, где каждая шестерня, подключенная к системе, имеет размеры в соответствии с номинальными параметрами, установленными силовым трансформатором.
Конструкция силового трансформатора
Каркас силового трансформатора выполнен из металла, который ламинирован листами. Он фиксируется либо в типе ядра, либо в типе оболочки. Каркасы трансформатора намотаны и соединены с помощью проводников для изготовления трех 1-фазных или одного 3-фазного трансформатора.Три 1-фазных трансформатора требуют, чтобы каждый банк был изолирован от дополнительного и, следовательно, предлагал непрерывность обслуживания, когда один банк проваливается. Один трехфазный трансформатор, будь то корпус или тип сердечника, не будет функционировать даже при отсутствии одного блока питания. Трехфазный трансформатор недорог в изготовлении, имеет меньшую занимаемую площадь и функционирует сравнительно с более высокой эффективностью.
Конструкция силового трансформатораКаркас трансформатора погружен в огнезащитное защитное масло внутри бака.Консерватория на вершине масляного бака позволяет растущему количеству нефти падать в него. Зарядное устройство нагрузочных отводов сбоку от резервуара изменяет количество витков обмотки высокого напряжения и низкого тока для превосходного регулирования напряжения. Втулки резервуара позволяют проводникам осторожно входить и выходить из резервуара без воздействия на внешнюю оболочку. Силовой трансформатор может работать за пределами своего небольшого номинала, если он находится в пределах повышения температуры на 65ºC. Чтобы обеспечить вышеуказанную номинальную работу, трансформаторы имеют встроенные вентиляторы, которые охлаждают сердечник трансформатора до температуры ниже указанной температуры.
Технические характеристики силового трансформатора
Силовые трансформаторы могут быть выполнены в однофазной или трехфазной конфигурации. Существует множество важных спецификаций, которые необходимо идентифицировать при поиске силовых трансформаторов. Технические характеристики силового трансформатора включают максимальную номинальную мощность, максимальную номинальную вторичную силу тока, максимальную номинальную мощность и тип o / p. Технические характеристики силового трансформатора в основном включают в себя
- Фаза 3.0
- Частота при 60 Гц, 50 Гц
- Первичное напряжение равно 22.Вторичное напряжение 9 кВ
- составляет 6,6 / 3,3 кВ
- Напряжение крана 23,9-R22,9-21,9-20,9-19,9 кВ
- Вектор Dd0, Dyn11 и т. Д.
Характеристики силового трансформатораПрименения силового трансформатора
МощностьТрансформаторы могут изменять одно напряжение на другое при высоких уровнях мощности. Эти трансформаторы используются в различных электронных схемах, а также доступны в различных типах и приложениях.
Применение силового трансформатора включает передачу и распределение электроэнергии. Эти трансформаторы широко используются на электростанциях, промышленных предприятиях и в традиционных компаниях, занимающихся электроснабжением.
Силовые трансформаторыиспользуются в высоковольтной сети для повышения и повышения вниз по напряжению.Эти трансформаторы обычно используются с целью передачи тяжелых нагрузок.
Эти трансформаторы имеют большие размеры по сравнению с распределительными трансформаторами, которые используются при производстве станций и передающих подстанций. Силовые трансформаторы используются в трансмиссии н / ж. Поэтому они не подключаются напрямую к потребителям. Таким образом, колебания нагрузки трансформатора меньше.
Эти трансформаторы используются в качестве повышающих устройств для передачи, так что потери I2r могут быть уменьшены до указанного потока мощности.
Силовые трансформаторы в основном предназначены для максимального использования основной части и будут функционировать очень близко к точке перегиба кривой B-H. Это чрезвычайно снижает массу ядра. Естественно, силовые трансформаторы имеют соответствующие потери меди и железа при более высокой нагрузке.
Таким образом, это все о конструкции силовых трансформаторов, спецификациях и применениях силовых трансформаторов. Мы надеемся, что вы лучше поняли эту концепцию. Кроме того, любые вопросы, касающиеся этой концепции или схемы цепи силового трансформатора, пожалуйста, оставьте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже.
Photo Credits:
- Силовой трансформатор ge-mcs
- Конструкция силового трансформатора peguru
- Технические характеристики силового трансформатора aliimg
Основные различия
Силовые трансформаторы используются в передающей сети с более высоким напряжением для повышающих и понижающих напряжений (400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ) и обычно рассчитаны на напряжение свыше 200 МВА.
Разница между силовым трансформатором и распределительным трансформатором (фоторепортаж: dorazioenterprises.com)Распределительные трансформаторы используются для распределительных сетей низкого напряжения в качестве средства подключения конечного пользователя.(11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В, 230 В) и обычно имеют номинальную мощность менее 200 МВА.
Размер трансформатора / Уровень изоляции:
Силовой трансформатор используется для передачи при большой нагрузке, высоком напряжении более 33 кВ и КПД 100%. Он также имеет большой размер по сравнению с распределительным трансформатором, он используется в генераторной станции и подстанции передачи. Высокий уровень изоляции.
Распределительный трансформатор используется для распределения электрической энергии при низком напряжении менее 33 кВ в промышленном использовании и 440 В — 220 В в бытовых целях.Он работает с низкой эффективностью при 50-70%, небольшим размером, прост в установке, имеет низкие магнитные потери и не всегда полностью загружен.
железных потерь и медных потерь
Силовые трансформаторы используются в сети передачи, поэтому они не подключаются напрямую к потребителям, поэтому колебания нагрузки очень меньше. Они загружаются полностью в течение 24 часов в день, поэтому потери Cu и потери Fe происходят в течение дня, удельный вес, то есть (вес железа) / (вес медь), намного меньше.
Средние нагрузки ближе к полной или полной нагрузке, и они спроектированы таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность в условиях полной нагрузки. Они не зависят от времени, поэтому при расчете эффективности достаточно только мощности.
Силовые трансформаторы используются в распределительной сети, поэтому они напрямую подключены к потребителю, поэтому колебания нагрузки очень высоки. они не загружаются полностью полностью, поэтому потери в железе происходят 24 часа в сутки, а потери меди происходят в зависимости от цикла загрузки.удельный вес больше, т. е. (вес железа) / (вес у.е.). Средние нагрузки составляют около 75% от полной нагрузки, и они рассчитаны таким образом, что максимальная эффективность достигается при 75% от полной нагрузки.
Поскольку они зависят от времени, эффективность в течение всего дня определяется для расчета эффективности.
Силовые трансформаторы используются для передачи в качестве повышающих устройств, так что потери I2r могут быть минимизированы для данного потока мощности. Эти трансформаторы предназначены для максимального использования сердечника и будут работать очень близко к точке перегиба кривой B-H (немного выше значения точки перегиба).Это сильно снижает массу ядра.
Естественно, что эти трансформаторы имеют согласованные потери в железе и потери в меди при пиковой нагрузке (то есть точке максимальной эффективности, где обе потери совпадают).
Распределительные трансформаторы , очевидно, не могут быть сконструированы таким образом. Следовательно эффективность всего дня входит в картину, проектируя это. Это зависит от типичного цикла нагрузки, для которого он должен поставляться. Определенно, основной дизайн будет сделан, чтобы позаботиться о пиковой нагрузке, а также эффективности в течение всего дня.Это сделка между этими двумя пунктами.
Силовой трансформатор обычно работает при полной нагрузке. Следовательно, он разработан таким образом, чтобы потери меди были минимальными. Однако распределительный трансформатор всегда подключен к сети и работает большую часть времени при нагрузках, меньших полной нагрузки. Следовательно, он разработан таким образом, чтобы потери в сердечнике были минимальными.
В силовом трансформаторе плотность потока выше, чем у распределительного трансформатора.
Максимальная эффективность
Основное различие между силовым и распределительным трансформатором заключается в том, что распределительный трансформатор рассчитан на максимальную эффективность при нагрузке от 60% до 70% , поскольку обычно не работает при полной нагрузке все время.Его нагрузка зависит от спроса на дистрибуцию. Принимая во внимание, что силовой трансформатор рассчитан на максимальный КПД при нагрузке 100%, так как он всегда работает при нагрузке 100%, находясь рядом с генераторной станцией.
Распределительный трансформаториспользуется на уровне распределения , где напряжения, как правило, ниже . Вторичное напряжение почти всегда является напряжением, поставляемым конечному потребителю. Из-за ограничений падения напряжения, как правило, невозможно подать это вторичное напряжение на большие расстояния.
В результате большинство распределительных систем, как правило, включают в себя множество «кластеров» нагрузок, питаемых от распределительных трансформаторов, и это, в свою очередь, означает, что тепловая мощность распределительных трансформаторов не должна быть слишком высокой, чтобы выдерживать нагрузки, которые они должны обслуживать.
Эффективность в течение всего дня = (Выход в кВтч) / (Вход в кВтч) за 24 часа, что всегда меньше, чем энергоэффективность.
,В некоторых наших предыдущих статьях мы обсуждали основы трансформатора и его различных типов. Одним из важных и часто используемых трансформаторов является Силовой трансформатор . Он очень широко используется для повышения и понижения напряжения на электростанции и распределительной станции (или подстанции) соответственно.
Например, рассмотрим блок-схему, показанную выше.Здесь силовой трансформатор используется два раза при подаче электроэнергии потребителю, который находится далеко от генераторной станции.
- Впервые на электростанции повышается напряжение, генерируемое ветрогенератором.
- Секунда находится на распределительной станции (или подстанции), чтобы понизить напряжение, полученное в конце линии передачи.
Потеря мощности в линиях электропередачи
Существует много причин для использования силового трансформатора в системах электроснабжения.Но одной из наиболее важных и простых причин использования силового трансформатора является снижение потерь мощности при передаче электроэнергии.
Теперь давайте посмотрим, как значительно снижаются потери мощности с помощью силового трансформатора:
Во-первых, уравнение потери мощности P = I * I * R.
Здесь I = ток через проводник и R = сопротивление проводника.
Таким образом, потеря мощности прямо пропорциональна квадрату тока, протекающего через проводник или линию передачи.Таким образом, чем меньше величина тока, проходящего через проводник, тем меньше потери мощности.
Как мы воспользуемся этой теорией, объясняется ниже:
- Скажите, что начальное напряжение = 100 В и нагрузка = 5 А, а поставленная мощность = 500 Вт. Тогда линии электропередачи здесь должны проводить ток величиной 5А от источника к нагрузке. Но если мы увеличим напряжение на начальной стадии до 1000 В, то для линий электропередачи потребуется только 0,5 А, чтобы обеспечить такую же мощность в 500 Вт.
- Итак, мы увеличим напряжение в начале линии передачи, используя силовой трансформатор, и используем другой силовой трансформатор, чтобы понизить напряжение в конце линии передачи.
- При такой настройке величина тока, протекающего через линию передачи 100 километров, значительно уменьшается, что снижает потери мощности при передаче.
Разница между силовым трансформатором и распределительным трансформатором
- Силовой трансформатор обычно работает с полной нагрузкой, поскольку он рассчитан на высокую эффективность при нагрузке 100%.С другой стороны, распределительный трансформатор имеет высокую эффективность, когда нагрузка остается между 50% и 70%. Таким образом, распределительные трансформаторы не подходят для непрерывной работы при 100% нагрузке.
- Поскольку силовой трансформатор приводит к высоким напряжениям при повышении и понижении, обмотки имеют высокую изоляцию по сравнению с распределительными трансформаторами и измерительными трансформаторами.
- Поскольку они используют изоляцию высокого уровня, они очень громоздкие по размеру, а также очень тяжелые.
- Поскольку силовые трансформаторы обычно не подключаются к домам напрямую, они испытывают меньшие колебания нагрузки, в то время как с другой стороны распределительные трансформаторы испытывают большие колебания нагрузки.
- Они загружаются полностью в течение 24 часов в день, поэтому потери меди и железа происходят в течение дня, и они остаются практически одинаковыми все время.
- Плотность потока в силовом трансформаторе выше, чем у распределительного трансформатора.
Принцип действия силового трансформатора
Силовой трансформаторработает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея. Это основной закон электромагнетизма, который объясняет принцип работы индукторов, двигателей, генераторов и электрических трансформаторов.
Закон гласит 000 Когда замкнутый или закороченный проводник приближается к переменному магнитному полю, тогда в этом замкнутом контуре генерируется поток тока ’ .
Чтобы лучше понять закон, давайте обсудим его более подробно. Сначала давайте рассмотрим сценарий ниже.
Рассмотрим постоянный магнит, и сначала проводник подносится ближе друг к другу.
- Затем проводник замыкается на обоих концах с помощью провода, как показано на рисунке.
- В этом случае ток не будет протекать в проводнике или контуре, поскольку магнитное поле, обрезающее петлю, является стационарным, и, как указано в законе, только переменное или изменяющееся магнитное поле может вызвать ток в контуре.
- Таким образом, в первом случае стационарного магнитного поля в контуре проводника будет нулевой поток.
Теперь рассмотрим, движется ли магнит назад и вперед, как маятник , тогда магнитное поле, обрезающее петлю, продолжает изменяться.Так как в этом случае присутствует переменное магнитное поле, законы Фарадея вступят в действие, и, таким образом, мы можем видеть течение тока в контуре проводника.
Как вы можете видеть на рисунке, после того, как магнит движется взад и вперед, мы видим ток «I», протекающий через проводник и замкнутый контур.
Теперь давайте удалим постоянную батарею , чтобы заменить ее другими источниками переменного магнитного поля, как показано ниже.
- Теперь источник переменного напряжения и проводник используются для создания переменного магнитного поля.
- После того, как проводниковая петля приблизилась к диапазону магнитного поля, мы можем видеть ЭДС, генерируемую поперек проводника. Из-за этой индуцированной ЭДС у нас будет поток тока «Я».
- Величина индуцированного напряжения пропорциональна напряженности поля, испытываемой вторым контуром, поэтому, чем выше напряженность магнитного поля, тем выше ток, протекающий в замкнутом контуре.
Хотя можно использовать один проводник, настроенный для понимания закона Фарадея.Но для лучшей практической работы использование катушки с обеих сторон является предпочтительным.
Здесь переменный ток протекает через первичную катушку 1, которая генерирует переменное магнитное поле вокруг катушек проводника. И когда катушка 2 входит в диапазон магнитного поля, генерируемого катушкой 1, то на катушке 2 генерируется напряжение ЭДС из-за закона электромагнитной индукции Фарадея . И из-за этого напряжения в катушке 2 ток «I» протекает через вторичную замкнутую цепь.
Теперь вы должны помнить, что обе катушки подвешены в воздухе, поэтому проводящая магнитное поле среда является воздухом. И воздух имеет более высокое сопротивление по сравнению с металлами в случае проводимости магнитного поля, поэтому, если мы используем металлический или ферритовый сердечник в качестве среды для электромагнитного поля, то мы можем испытать электромагнитную индукцию более тщательно.
Итак, теперь давайте заменим воздушную среду железной средой для дальнейшего понимания.
Как показано на рисунке, мы можем использовать железный или ферритовый сердечник, чтобы уменьшить потери магнитного потока при передаче энергии от одной катушки к другой катушке.За это время магнитный поток, просочившийся в атмосферу, будет значительно меньше, чем время, когда мы использовали воздушную среду в качестве сердечника, являющегося очень хорошим проводником магнитного поля.
Как только поле генерируется катушкой 1, оно будет течь через железный сердечник, достигающий катушки 2, и по закону Фарадея катушка 2 генерирует ЭДС, которая будет считываться гальванометром, подключенным к катушке 2.
Теперь, если вы внимательно посмотрите, вы найдете эту установку похожей на однофазный трансформатор.И да, каждый современный трансформатор работает по тому же принципу.
Теперь давайте рассмотрим упрощенную конструкцию трехфазного трансформатора .
Трехфазный трансформатор
- Каркас трансформатора разработан путем укладки многослойных металлических листов, которые используются для переноса магнитного потока. На схеме вы можете видеть, что скелет окрашен в серый цвет. Каркас имеет три колонны, на которые намотаны обмотки трех фаз.
- Обмотка более низкого напряжения наматывается первой и наматывается ближе к сердечнику, тогда как обмотка более высокого напряжения наматывается сверху обмотки более низкого напряжения. Помните, обе обмотки разделены слоем изоляции.
- Здесь каждый столбец представляет одну фазу, поэтому для трех столбцов мы имеем трехфазную обмотку.
- Вся эта установка скелета и обмотки погружена в герметичный резервуар, заполненный индустриальным маслом для лучшей теплопроводности и изоляции.
- После намотки концевые клеммы всех шести катушек были выведены из герметичного резервуара через высоковольтный изолятор.
- Клеммы закреплены на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы избежать искровых скачков.
Особенности силового трансформатора
Номинальная мощность | 3 МВА до 200 МВА |
Первичные напряжения обычно | 11, 22, 33, 66, 90, 132, 220 кВ |
Вторичные напряжения обычно | 3.3, 6,6, 11, 33, 66, 132 кВ или пользовательская спецификация |
Фазы | Однофазные или трехфазные трансформаторы |
Номинальная частота | 50 или 60 Гц |
Постукивание | Устройство РПН |
Повышение температуры | 60 / 65C или пользовательская спецификация |
Тип охлаждения | ONAN (масло природный воздух природный) или другие типы охлаждения, такие как KNAN (макс. 33 кВ) по запросу |
Радиаторы | Панели радиатора охлаждения на баке |
Векторные группы | Dyn11 или любая другая векторная группа согласно IEC 60076 |
Регулирование напряжения | Через устройство РПН (с реле AVR в стандартной комплектации) |
ВН и НН клеммы | Воздушная кабельная коробка типа (максимум 33 кВ) или открытые вводы |
Установки | внутри или снаружи |
Уровень звука | Согласно ENATS 35 или NEMA TR1 |
Применение передачи мощности
- Силовой трансформатор в основном используется в производстве электроэнергии и на распределительных станциях.
- Он также используется в изолирующих трансформаторах, заземляющих трансформаторах, шестиимпульсных и двенадцати импульсных выпрямительных трансформаторах, солнечных фотоэлектрических трансформаторах, в ветряных трансформаторах и в пускателе автотрансформаторов Korndörfer.
- Используется для снижения потерь мощности при передаче электроэнергии.
- Используется для повышения и понижения высокого напряжения.
- Предпочтительнее в случае междугородних покупок.
- И предпочтительнее в тех случаях, когда нагрузка работает на полную мощность 24х7.
Основное различие между силовым трансформатором и распределительным трансформатором
Вкратце, эти трансформаторы, установленные в конечной или приемной точке длинных и высоковольтных линий электропередачи, представляют собой силовые трансформаторы (в основном Шаг вперед). С другой стороны, распределительные трансформаторы (как правило, устанавливаются на полюсах) — это трансформаторы, установленные вблизи нагрузочных терминалов (города и села) для подачи напряжения потребления на потребительские терминалы (в основном понижающие).
Ниже приведены некоторые дополнительные различия между силовыми и распределительными трансформаторами.
- Силовые трансформаторы используются в передающей сети с более высоким напряжением для повышающих и понижающих применений (400 кВ, 200 кВ, 110 кВ, 66 кВ, 33 кВ) и, как правило, имеют номинал выше 200 МВА .
- Распределительные трансформаторы используются для низковольтных распределительных сетей в качестве средства подключения конечного пользователя. (11 кВ, 6,6 кВ, 3,3 кВ, 440 В, 230 В) и обычно имеют номинальную мощность менее 200 МВА .
- Силовой трансформатор обычно имеет одну первичную и одну вторичную , а также одну настройку входа и выхода. Распределительный трансформатор может иметь один первичный и один разделенный или «вторичный» вторичный или два или более вторичных.
- Силовые трансформаторы обычно работают при почти полной нагрузке. Однако распределительный трансформатор работает при небольших нагрузках в течение большей части дня.
- Рабочие характеристики силовых трансформаторов обычно анализируются по коммерческой или максимальной эффективности, поскольку они рассчитаны на максимальную эффективность при полной нагрузке.Принимая во внимание, что о производительности распределительного трансформатора судят по КПД трансформатора в течение всего дня, потому что они рассчитаны на максимальную эффективность при нагрузке 60-70%, так как обычно они не работают при полной нагрузке в течение всего дня, поскольку существуют пиковые нагрузки. часы для загрузки в течение 24 часов, которые не всегда одинаковы все время.
- Номинальная мощность высокого трансформатора во много раз выше, чем у распределительного трансформатора.
- В силовом трансформаторе плотность потока выше, чем у распределительного трансформатора.
- Силовые трансформаторы, первичная обмотка всегда подключена в звезду, а вторичная обмотка в соединениях треугольник, в то время как в распределительных трансформаторах первичная обмотка подключена в треугольник, а вторичная цепь в соединении звезда Узнайте больше о сравнении между звездами и треугольниками.
- В подстанции, в конце линии электропередачи, соединение силового трансформатора находится в режиме звезда-треугольник (для понижения уровня напряжения)
- В начале линии электропередачи (HT) соединение Силовой трансформатор находится в Delta — Star (для повышения уровня напряжения).Кроме того, не то же самое соединение, то есть соединение Delta — Star, также используется в трехфазном понижающем распределительном трансформаторе.
Полезно знать : Эффективность в течение всего дня = (Выход в кВтч) / (Вход в кВтч) через 24 часа , Эффективность в течение всего дня меньше, чем Энергетическая эффективность. Подробнее здесь.